本發(fā)明涉及光學(xué)材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體及其制備方法。

背景技術(shù)：

k2nb8o21具有優(yōu)良的光催化性、介電性能及非線性光學(xué)性能，是催化劑、非線性光學(xué)器件最有前途的材料之一。棒狀、管狀和帶狀等一維晶體由于其微結(jié)構(gòu)、尺寸而具有優(yōu)良的性能，因而一維材料的制備引起了人們極大的關(guān)注。目前制備一維k2nb8o21晶體，主要是采用熔鹽法，如以nb2o5和kcl為原料，800℃下合成了k2nb8o21納米帶、1000℃下合成了k2nb8o21微米線，并發(fā)現(xiàn)其具有良好的電性能和介電性能；另外，采用熔鹽法制備了棒狀的k2nb8o21，然后以k2nb8o21為前驅(qū)體分別制備出棒狀的nanbo3和canbo6粉體，還以k2nb8o21為前驅(qū)體制備了棒狀納米kxna1-xnbo3晶體。由上可知，目前k2nb8o21晶體的合成都需在高溫條件下進(jìn)行，無法在低溫合成棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有方法需要在高溫條件下合成棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，包括如下步驟：

步驟s1、取nb2o5和koh粉體，加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，?60～190℃下反應(yīng)36~60小時(shí)，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，并調(diào)節(jié)ph值為5.5~6，然后在180℃～190℃下反應(yīng)2~5天，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，得到一維knb3o8晶體；

步驟s2、取koh和所述一維knb3o8晶體，加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，?20～160℃下反應(yīng)3~20小時(shí)，得到棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s1中，所述nb2o5和koh粉體中，k與nb的摩爾比為100～500:9。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s1中，所述水與nb2o5的摩爾比350～400:1。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s1中，使用3～8mol/l的hcl調(diào)節(jié)ph值為5.5～6。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s1中，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，得到一維knb3o8晶體之間還包括步驟：水洗、過濾、濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在60~100℃下干燥5~12小時(shí)。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，過濾使用的濾膜濾孔直徑范圍是0.4～1.0μm。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s2中，所述koh和一維knb3o8晶體的摩爾比為500～1000:1。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s2中，所述koh與水的摩爾比1:4～6。

所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法，其中，所述步驟s1和步驟s2中，所述攪拌均為磁力攪拌，攪拌的時(shí)間均為0.5~1小時(shí)。

一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，其中，采用如上任一所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法制備而成。

有益效果：本發(fā)明采用水熱法制備棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，反應(yīng)溫度不超過200℃，相比傳統(tǒng)熔鹽法，大幅降低了反應(yīng)溫度，同時(shí)本發(fā)明方法制備的k2nb8o21晶體純度高、可重復(fù)性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的x射線衍射圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明的一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法較佳實(shí)施例，其中，包括如下步驟：

步驟s1、取nb2o5和koh粉體，加水?dāng)嚢杈鶆蚝螅?60～190℃下反應(yīng)36~60小時(shí)，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，并調(diào)節(jié)ph值為5.5~6，然后在180℃～190℃下反應(yīng)2~5天，反應(yīng)完畢后冷卻至室溫，得到一維knb3o8晶體。

步驟s2、取koh和所述一維knb3o8晶體，加水?dāng)嚢杈鶆蚝螅?20～160℃下反應(yīng)3~20小時(shí)，得到棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體。

本發(fā)明采用水熱法制備棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，反應(yīng)溫度不超過200℃，相比傳統(tǒng)熔鹽法，大幅降低了反應(yīng)溫度，同時(shí)本發(fā)明方法制備的k2nb8o21晶體純度高、可重復(fù)性好。

上述步驟s1具體為：在室溫下，按一定比例稱取nb2o5和koh粉體，加入到一定量的水中，磁力攪拌0.5～1小時(shí)至混合均勻，轉(zhuǎn)移到水熱釜中；其中，所述nb2o5和koh粉體中，k與nb的摩爾比為100～500:9，所述水與nb2o5的摩爾比350～400:1。轉(zhuǎn)移到水熱釜中后，在160～190℃下反應(yīng)36-60小時(shí)，優(yōu)選48小時(shí)，冷卻至室溫后，使用3～8mol/l的鹽酸（hc了）調(diào)節(jié)ph為5.5～6，繼續(xù)進(jìn)行水熱反應(yīng)，在180℃～190℃下反應(yīng)2～5天，冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后再用乙醇沖洗，最后在60～100℃下干燥5～12小時(shí)，獲得一維knb3o8晶體。其中，上述室溫的溫度范圍均為10~40℃，過濾使用的濾膜濾孔直徑范圍是0.4～1.0μm。

上述步驟s2具體為：稱取一定量koh和所述一維knb3o8晶體，加入到一定量的水中，磁力攪拌0.5～1小時(shí)至混合均勻，然后移入具有四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中；其中，所述氫氧化鉀（koh）和一維knb3o8晶體的摩爾比為500～1000:1，氫氧化鉀（koh）與水的摩爾比1:4～6。轉(zhuǎn)移到高壓釜中后，在120～160℃下反應(yīng)3～20小時(shí)，冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后再用乙醇沖洗，最后在60～100℃下干燥5～12小時(shí)，得到棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體。其中，上述室溫的溫度范圍為10~40℃，過濾使用的濾膜濾孔直徑范圍是0.4～1.0μm。

本發(fā)明所用的氫氧化鉀（koh）、五氧化二鈮（nb2o5）和乙醇均為分析純，水為去離子水或蒸餾水。

與現(xiàn)有熔鹽法相比，本發(fā)明的水熱法制備棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，具有反應(yīng)溫度低、純度高和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明制備的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，具有良好的光催化性能，在催化劑、電光偏轉(zhuǎn)器和壓電換能器等光電器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

本發(fā)明可通過調(diào)整koh、h2o和nb2o5的不同用量，反應(yīng)溫度和時(shí)間，得到不同直徑的棒狀k2nb8o21晶體。本晶體具有高電光系數(shù)、非線性光學(xué)系數(shù)和催化性，在光催化、倍頻、表面聲波設(shè)備中有廣泛的應(yīng)用。

本發(fā)明的一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體，其中，采用如上任一所述的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的制備方法制備而成。本發(fā)明所述k2nb8o21晶體為棒狀結(jié)構(gòu)，其直徑為100nm～1.5μm，長度為2～30μm，晶體表面較光滑。

下面通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

室溫下，按k：nb的摩爾比100:9稱取koh和nb2o5粉體，加入到h2o:nb2o5摩爾比350:1的水中，磁力攪拌0.5小時(shí)后，轉(zhuǎn)移到水熱釜中，170℃加熱48小時(shí)，冷卻到室溫后，用5mol/l鹽酸調(diào)ph為5.57，繼續(xù)進(jìn)行水熱反應(yīng)，180℃反應(yīng)4天。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在100℃下干燥5小時(shí)，獲得一維knb3o8晶體。稱取koh、h2o和所獲得的knb3o8晶體，其中氫氧化鉀與knb3o8的晶體摩爾比500:1，氫氧化鉀與水的摩爾比1:4，混合，磁力攪拌0.5小時(shí)后，混合物移入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，160℃反應(yīng)3小時(shí)。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在100℃下干燥5小時(shí)，獲得棒狀k2nb8o21晶體。所用的氫氧化鉀、五氧化二鈮、乙醇為分析純，水為去離子水。

結(jié)果測試：

本實(shí)施例制備的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的x射線衍射圖如附圖1所示，其中，2θ值為5.77°，22.39°，25.44°，27.43°，29.43°，30.22°，31.89°，34.06°，45.48°，48.51°，51.18°，56.74°，分別對應(yīng)k2nb8o21晶體的衍射峰，說明獲得的k2nb8o21晶體為純相k2nb8o21晶體。

本實(shí)施例制備的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體的掃描電鏡照片如附圖2所示，由圖2可以看出k2nb8o21晶體發(fā)育完整，晶體為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑為100nm～1.5μm，長度為2～30μm，晶體表面較光滑。

實(shí)施例2

室溫下，按k：nb的摩爾比200:9稱取koh和nb2o5粉體，加入到h2o:nb2o5摩爾比400:1的水中，磁力攪拌1小時(shí)后，轉(zhuǎn)移到水熱釜中，180℃加熱48小時(shí)，冷卻到室溫后，用3mol/l鹽酸調(diào)ph為5.5，繼續(xù)進(jìn)行水熱反應(yīng)，190℃反應(yīng)2天。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在80℃下干燥8小時(shí)，獲得一維knb3o8晶體。稱取koh、h2o和所獲得的knb3o8晶體，其中氫氧化鉀與knb3o8的晶體摩爾比700:1，氫氧化鉀與水的摩爾比1:6，混合，磁力攪拌0.5小時(shí)后，混合物移入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，150℃反應(yīng)12小時(shí)。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在60℃下干燥10小時(shí)，獲得棒狀k2nb8o21晶體。所用的氫氧化鉀、五氧化二鈮、乙醇為分析純，水為蒸餾水。

實(shí)施例3

室溫下，按k：nb的摩爾比300:9稱取koh和nb2o5粉體，加入到h2o:nb2o5摩爾比370:1的水中，磁力攪拌0.5小時(shí)后，轉(zhuǎn)移到水熱釜中，160℃加熱48小時(shí)，冷卻到室溫后，用3mol/l鹽酸調(diào)ph為6.0，繼續(xù)進(jìn)行水熱反應(yīng)，180℃反應(yīng)3.5天。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在80℃下干燥12小時(shí)，獲得一維knb3o8晶體。稱取koh、h2o和所獲得的knb3o8晶體，其中氫氧化鉀與knb3o8的晶體摩爾比600:1，氫氧化鉀與水的摩爾比1:5，混合，磁力攪拌1小時(shí)后，混合物移入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，140℃反應(yīng)24小時(shí)。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在60℃下干燥12小時(shí)，獲得棒狀k2nb8o21晶體。所用的氫氧化鉀、五氧化二鈮、乙醇為分析純，水為去離子水。

實(shí)施例4

室溫下，按k：nb的摩爾比500:9稱取koh和nb2o5粉體，加入到h2o:nb2o5摩爾比350:1的水中，磁力攪拌0.8小時(shí)后，轉(zhuǎn)移到水熱釜中，170℃加熱48小時(shí)，冷卻到室溫后，用8mol/l鹽酸調(diào)ph為5.5，繼續(xù)進(jìn)行水熱反應(yīng)，180℃反應(yīng)2天。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在100℃下干燥7小時(shí)，獲得一維knb3o8晶體。稱取koh、h2o和所獲得的knb3o8晶體，其中氫氧化鉀與knb3o8的晶體摩爾比1000:1，氫氧化鉀與水的摩爾比1:4，混合，磁力攪拌1小時(shí)后，混合物移入具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，150℃反應(yīng)20小時(shí)。冷卻到室溫后，進(jìn)行水洗，過濾，濾出物用蒸餾水洗至ph值等于7后用乙醇沖洗，在90℃下干燥6小時(shí)，獲得棒狀k2nb8o21晶體。所用的氫氧化鉀、五氧化二鈮、乙醇為分析純，水為蒸餾水。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體及其制備方法，本發(fā)明采用水熱法制備棒狀結(jié)構(gòu)knb3o8晶體，相比傳統(tǒng)熔鹽法，大幅降低了反應(yīng)溫度；同時(shí)，本發(fā)明可以通過調(diào)整koh、h2o和nb2o5的用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，得到不同直徑的棒狀結(jié)構(gòu)k2nb8o21晶體。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。